Galvanic Cell (गैल्वैनिक सेल) क्या है?

Galvanic Cell (या Voltaic Cell) एक ऐसी विद्युत-रासायनिक (Electrochemical) सेल होती है जिसमें स्वतः (Spontaneous) होने वाली Redox अभिक्रिया की रासायनिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है।

यह अध्याय Electrochemistry (विद्युत रसायन) का सबसे महत्वपूर्ण विषय है और CBSE Class 12, JEE तथा NEET परीक्षाओं में नियमित रूप से पूछा जाता है। Download NCERT BOOK PDF.

Galvanic Cell की परिभाषा

परिभाषा (Definition):

वह विद्युत-रासायनिक सेल जिसमें स्वतः होने वाली ऑक्सीकरण-अपचयन (Redox) अभिक्रिया द्वारा रासायनिक ऊर्जा विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित होती है, उसे Galvanic Cell कहते हैं।

इसे Voltaic Cell भी कहा जाता है।

Galvanic Cell का सिद्धांत

Galvanic Cell निम्न सिद्धांत पर कार्य करता है—

• Oxidation और Reduction अलग-अलग स्थानों पर होती हैं।
• दोनों अर्ध-सेलों (Half Cells) को बाहरी तार एवं Salt Bridge द्वारा जोड़ा जाता है।
• Oxidation से मुक्त हुए इलेक्ट्रॉन बाहरी परिपथ से होकर दूसरे इलेक्ट्रोड तक पहुँचते हैं।
• इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह से विद्युत धारा उत्पन्न होती है।

Galvanic Cell के मुख्य भाग

1. Anode (एनोड)

• यहाँ Oxidation होती है।
• इलेक्ट्रॉन उत्पन्न होते हैं।
• Galvanic Cell में Anode ऋणात्मक (-) होता है।

उदाहरण

Zn → Zn²⁺ + 2e⁻

2. Cathode (कैथोड)

• यहाँ Reduction होती है।
• इलेक्ट्रॉन ग्रहण किए जाते हैं।
• Galvanic Cell में Cathode धनात्मक (+) होता है।

उदाहरण

Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu

3. Salt Bridge

Salt Bridge दो Half Cells को जोड़ती है।

कार्य

• विद्युत उदासीनता बनाए रखती है।
• परिपथ पूरा करती है।
• घोलों को सीधे मिलने से रोकती है।
• आयनों का प्रवाह बनाए रखती है।

4. Electrolyte Solution

दोनों Half Cells में इलेक्ट्रोलाइट उपस्थित रहता है।

उदाहरण

• ZnSO₄
• CuSO₄

Daniell Cell (Galvanic Cell का उदाहरण)

सबसे प्रसिद्ध Galvanic Cell Daniell Cell है।

इसमें

• Zinc Electrode → ZnSO₄
• Copper Electrode → CuSO₄

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Salt Bridge द्वारा दोनों को जोड़ा जाता है।

Daniell Cell का Cell Diagram

Zn(s) | Zn²⁺ (1M) || Cu²⁺ (1M) | Cu(s)

जहाँ

• | = Phase Boundary
• || = Salt Bridge

Daniell Cell में होने वाली अभिक्रियाएँ

Anode Reaction

Zn → Zn²⁺ + 2e⁻

Cathode Reaction

Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu

Overall Cell Reaction

Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu

इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह

इलेक्ट्रॉन हमेशा

Anode → Cathode

की ओर प्रवाहित होते हैं।

अर्थात

Zn → Cu

आयनों का प्रवाह

Salt Bridge में

• Anion → Anode की ओर
• Cation → Cathode की ओर

जाते हैं।

Galvanic Cell का कार्य (Working)

Step 1

Zn इलेक्ट्रोड पर Oxidation होती है।

Zn → Zn²⁺ + 2e⁻

Step 2

इलेक्ट्रॉन बाहरी तार से होकर Copper इलेक्ट्रोड तक पहुँचते हैं।

Step 3

Copper आयन इलेक्ट्रॉन ग्रहण करते हैं।

Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu

Step 4

Salt Bridge आयनों का संतुलन बनाए रखती है।

Step 5

बाहरी परिपथ में विद्युत धारा प्रवाहित होती है।

Galvanic Cell in Hindi

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Cell Potential (Cell EMF)

Cell Potential (E_cell) ​= E_cathode​− E_anode​

यदि E_cell​ > 0

तो अभिक्रिया स्वतः होगी।

Standard Cell Potential

Standard अवस्था में cell potential को Standard cell potential कहा जाता है । इसे E^ocell से दर्शाते हैं ।

• तापमान = 25°C
• Pressure = 1 atm
• Concentration = 1 M

Daniell Cell का
E^ocell = 1.10V

For Standard electrode potentials, we can write: (E^o_cell) ​= E^o_cathode​− E^o_anode​

Galvanic Cell की विशेषताएँ

• रासायनिक ऊर्जा → विद्युत ऊर्जा
• स्वतः अभिक्रिया
• Oxidation और Reduction अलग-अलग स्थान पर
• Salt Bridge आवश्यक
• Electron बाहरी तार से प्रवाहित होते हैं
• Positive EMF प्राप्त होता है

Galvanic Cell और Electrolytic Cell में अंतर

Galvanic Cell के उपयोग

1. Batteries

Dry Cell

Lead Acid Battery

Lithium Ion Battery

2. Electric Vehicles

Rechargeable Batteries

3. Mobile Phones

Battery द्वारा ऊर्जा प्राप्त होती है।

4. UPS

Power Backup

5. Medical Devices

Pacemaker आदि में।

6. Laboratory

Electrochemical Measurements

Galvanic Cell के लाभ

• स्वतः विद्युत उत्पन्न करता है।
• उच्च दक्षता।
• पर्यावरण के अनुकूल विकल्प उपलब्ध।
• ऊर्जा का सीधा रूपांतरण।
• अनेक बैटरियों का आधार।

Galvanic Cell की सीमाएँ

• समय के साथ इलेक्ट्रोड समाप्त हो जाते हैं।
• Salt Bridge की आवश्यकता होती है।
• सीमित समय तक विद्युत उत्पन्न होती है।

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Standard Hydrogen Electrode (SHE) क्या है?

Standard Hydrogen Electrode (SHE) एक Reference Electrode (मानक संदर्भ इलेक्ट्रोड) है, जिसका उपयोग अन्य सभी इलेक्ट्रोडों के Standard Electrode Potential (E°) को मापने के लिए किया जाता है। इसका Standard Electrode Potential (E°) परंपरागत रूप से 0.00 V माना जाता है।

Standard Hydrogen Electrode की परिभाषा

Standard Hydrogen Electrode (SHE) वह इलेक्ट्रोड है जिसमें 1 M H⁺ आयन वाले विलयन में प्लैटिनम (Pt) इलेक्ट्रोड डुबोया जाता है तथा उसके ऊपर 1 atm (या लगभग 1 bar) दाब पर शुद्ध हाइड्रोजन गैस प्रवाहित की जाती है। यह व्यवस्था 25°C (298 K) पर रखी जाती है।

Standard Hydrogen Electrode का निर्माण (Construction)

SHE निम्न भागों से मिलकर बना होता है—

• Platinum (Pt) Electrode (Platinum Black से लेपित)
• 1 M H⁺ आयनों वाला अम्लीय विलयन
• Hydrogen Gas (H₂) का दाब = 1 atm
• तापमान = 25°C (298 K)

Platinum Black का कार्य

• गैस के अवशोषण के लिए बड़ा सतह क्षेत्र प्रदान करता है।
• अभिक्रिया की गति बढ़ाता है।
• इलेक्ट्रॉनों के आदान-प्रदान को आसान बनाता है।
• स्वयं अभिक्रिया में भाग नहीं लेता।

Cell Notation

Pt(s) | H₂(g, 1 atm) | H⁺(aq, 1 M)

SHE पर होने वाली अभिक्रियाएँ

Oxidation

H₂(g) → 2H⁺(aq) + 2e⁻

Reduction

2H⁺(aq) + 2e⁻ → H₂(g)

परिस्थिति के अनुसार SHE Anode या Cathode दोनों की तरह कार्य कर सकता है।

Standard Electrode Potential

Standard Hydrogen Electrode का मानक इलेक्ट्रोड विभव:

E° = 0.00 V

इसी मान को आधार मानकर सभी अन्य इलेक्ट्रोडों के Standard Electrode Potential निर्धारित किए जाते हैं।

Standard Conditions (मानक परिस्थितियाँ)

SHE के कार्य (Functions)

• अन्य इलेक्ट्रोडों के Standard Electrode Potential का निर्धारण।
• Electrochemical Cells के EMF की गणना।
• Redox अभिक्रियाओं का अध्ययन।
• Electrochemical अनुसंधान में मानक संदर्भ इलेक्ट्रोड के रूप में उपयोग।

SHE के लाभ

• सार्वभौमिक Reference Electrode।
• Standard Potential = 0.00 V।
• सटीक एवं विश्वसनीय मापन।
• Electrochemistry में व्यापक उपयोग।

सीमाएँ (Limitations)

• शुद्ध हाइड्रोजन गैस की आवश्यकता होती है।
• Platinum Electrode महँगा होता है।
• प्रयोगशाला में इसकी व्यवस्था अपेक्षाकृत जटिल होती है।
• नियमित प्रयोग के लिए कम सुविधाजनक।

परीक्षा के लिए महत्वपूर्ण बिंदु

• Reference Electrode = Standard Hydrogen Electrode
• Standard Potential = 0.00 V
• Gas Pressure = 1 atm (≈1 bar)
• H⁺ Concentration = 1 M
• Temperature = 25°C (298 K)
• Electrode = Platinum Black Coated Platinum
• Anode या Cathode दोनों की तरह कार्य कर सकता है।

Frequently Asked Questions (FAQs)

1. Standard Hydrogen Electrode क्या है?

यह एक मानक संदर्भ इलेक्ट्रोड है जिसका उपयोग अन्य इलेक्ट्रोडों के Standard Electrode Potential मापने के लिए किया जाता है।

2. SHE का Standard Electrode Potential कितना होता है?

0.00 V

3. SHE में Platinum का उपयोग क्यों किया जाता है?

क्योंकि Platinum एक निष्क्रिय (Inert) धातु है और इलेक्ट्रॉनों के आदान-प्रदान के लिए उत्कृष्ट सतह प्रदान करता है।

4. SHE किन मानक परिस्थितियों में कार्य करता है?

• H₂ गैस = 1 atm
• H⁺ = 1 M
• तापमान = 25°C (298 K)

5. क्या SHE Anode और Cathode दोनों की तरह कार्य कर सकता है?

हाँ, जिस इलेक्ट्रोड के साथ इसे जोड़ा जाता है, उसके अनुसार यह Oxidation या Reduction दोनों अभिक्रियाएँ कर सकता है।

Quick Revision

• Reference Electrode: Standard Hydrogen Electrode (SHE)
• Electrode: Platinum Black Coated Pt
• Gas: Hydrogen (H₂)
• Pressure: 1 atm
• H⁺ Concentration: 1 M
• Temperature: 25°C (298 K)
• E° = 0.00 V
• Cell Notation: Pt | H₂(g, 1 atm) | H⁺(1 M)

This topic is highly important for CBSE Class 12 Board Exams, JEE Main, NEET, and CUET, especially for questions related to electrode potential, electrochemical cells, and numerical problems based on EMF.

परीक्षा में पूछे जाने वाले महत्वपूर्ण प्रश्न

1. Galvanic Cell क्या है?

उत्तर: वह सेल जिसमें स्वतः Redox अभिक्रिया द्वारा रासायनिक ऊर्जा विद्युत ऊर्जा में बदलती है।

2. Galvanic Cell का दूसरा नाम क्या है?

Voltaic Cell

3. Daniell Cell का Cell Diagram लिखिए।

Zn | Zn²⁺ || Cu²⁺ | Cu

4. Galvanic Cell में Electron किस दिशा में प्रवाहित होते हैं?

Anode → Cathode

5. Salt Bridge का कार्य क्या है?

• विद्युत उदासीनता बनाए रखना
• परिपथ पूरा करना
• आयनों का प्रवाह बनाए रखना

6. Galvanic Cell में Anode पर कौन-सी क्रिया होती है?

Oxidation

7. Cathode पर कौन-सी क्रिया होती है?

Reduction

8. Galvanic Cell में ऊर्जा का रूपांतरण क्या होता है?

Chemical Energy → Electrical Energy

निष्कर्ष

Galvanic Cell विद्युत रसायन का एक अत्यंत महत्वपूर्ण विषय है। इसमें स्वतः होने वाली Redox Reaction के कारण रासायनिक ऊर्जा विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित होती है। Daniell Cell इसका सबसे प्रसिद्ध उदाहरण है, जिसमें जिंक और कॉपर इलेक्ट्रोड का उपयोग किया जाता है। Galvanic Cell का सिद्धांत आधुनिक बैटरियों, मोबाइल, लैपटॉप, इलेक्ट्रिक वाहनों और अनेक इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों का आधार है।